Die Forschungsplattform Fino 3 soll der Offshore-Windindustrie auf die Sprünge helfen: Messstation auf hoher See

Noch gibt es hier, 80 Kilometer westlich von Sylt, nur Wellen und Wind. Doch in einem Jahr soll an dieser Stelle ein eigenartiges Bauwerk stehen: Ein quadratisches Metalldeck, etwa so groß wie eine Vier-Zimmer-Wohnung, thront 20 Meter über dem Wasser auf einem Pfeiler. Aus dem Deck ragt wie ein Teller auf einer Tischkante ein Hubschrauberlandeplatz heraus. Daneben ducken sich zwei Industriecontainer und ein schlanker Mast streckt sich fast hundert Meter in die Höhe. Fino 3, so heißt die unbemannte Station, wird voller Sensoren, Kameras und Messelektronik stecken. Damit sollen Daten gesammelt werden für den späteren Bau von Offshore-Windparks vor den Küsten. Anfang der Woche haben Forscher der Fachhochschule (FH) Kiel, die Fino 3 betreiben werden, das Projekt vorgestellt.Die Standorte für Windräder werden an Land allmählich rar. Deshalb wollen die Energieerzeuger riesige Windparks auf hoher See bauen, denn hier bläst der Wind deutlich stärker und stetiger als an Land. Beantragt sind derzeit 38 Offshore-Parks, 15 von ihnen hat das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrografie bereits genehmigt. Ende des kommenden Jahrzehnts sollen die Hochsee-Rotoren mehr als 20 Gigawatt Leistung bringen - so viel wie 20 Großkraftwerke.Aber die technischen Herausforderungen sind beträchtlich. Die Offshore-Windräder müssen fest im Meeresgrund verankert sein. Sie haben Wind, Wellen und heftigen Gewittern zu trotzen und sollten, da sie schwer zu erreichen sind, möglichst wartungsfrei arbeiten. Wie man das alles schaffen kann, ist den Konstrukteuren noch nicht bis ins letzte Detail klar. Auch die Frage, wie die Windräder auf die maritime Fauna und Flora einwirken, muss noch beantwortet werden. Um mehr Klarheit zu schaffen, bauen Wissenschaftler nun gleich mehrere Forschungsplattformen mitten in Nord- und Ostsee auf.Fino 1, etwa 45 Kilometer nördlich von Borkum, erfasst bereits seit drei Jahren Daten. Mit deren Hilfe ermitteln Forscher des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven zum Beispiel, ob sich an den Fundamenten der Windräder Pflanzen und Tiere ansiedeln oder ob Zugvögel von den Rotorflügeln erschlagen werden. Fino 2 wird gerade 40 Kilometer nördlich von Rügen gebaut. Dort erkunden Wissenschaftler des Schifffahrtsinstituts Warnemünde die besonderen Wind- und Wellenverhältnisse in der Ostsee.Bei Fino 3, die 2008 ihren Betrieb aufnehmen soll, geht es den Ingenieuren der Windradhersteller vor allem um wirtschaftliche Aspekte: Wie groß müssen die Offshore-Windräder sein, die später hier stehen sollen sein, um möglichst viel Strom zu ernten? Wie können die Windräder sicher im Meeresgrund verankert und gegen Blitzschlag geschützt werden - ohne dass es zu teuer wird?Um die Windverhältnisse auszuloten, wird der Mast in verschiedenen Höhen mit Messgeräten bestückt. Mit deren Daten wollen die Anlagenbauer herausfinden, in welchen Höhen der Wind wie stark und wie gleichmäßig bläst. So lässt sich feststellen, in welcher Höhe die Rotoren mit ihren annähernd 70 Meter langen Blättern am besten angebracht werden.Ein spezielles Radar unterhalb der Plattform soll erfassen, was passiert, wenn der Pfeiler eines Windrads bei stürmischer See die Wellen bricht. Davon hängt der Mindestabstand zwischen den Windrädern eines Windparks ab. Denn wenn ein Pfeiler eine Welle bricht, könnte das auch das Windrad hinter ihm erschüttern, wenn es zu nahe steht. "Fino 3 ist für eine Wellenhöhe von 18 Metern ausgelegt", sagt Projektleiter Jan Bachmann von der FH Kiel, "so eine Welle erwarten wir aber nur einmal in fünfzig Jahren."Die Kräfte, die Wind und Wellen auf ein Hochsee-Bauwerk übertragen, könnten auf Dauer insbesondere dem Fundament zu schaffen machen. Um ein Windrad im Meeresgrund zu verankern, setzen die Fachleute vor allem auf die sogenannte Monopile-Technik: Dabei wird der Standpfeiler der Anlage schlicht mit roher Gewalt tief in den Boden gerammt. So wird es auch bei Fino 3 sein.Im kommenden Sommer sollen Spezialfirmen den fast fünf Meter dicken und 400 Tonnen schweren Turm 27 Meter tief in den sandigen Meeresboden treiben.Doch wenn Wind und Wellen jahrelang am Turm rütteln, könnte sich der Meeresboden verändern. "Das Schwanken der Pfeiler kann den Grund lockern", sagt Joachim Stahlmann, Leiter des Instituts für Grundbau und Bodenmechanik der Technischen Universität Braunschweig. "Das kann Bodenverflüssigungen auslösen, wie man sie von Erdbeben kennt." Dadurch könnte das Windrad in Schieflage geraten oder sogar umkippen.Um herauszufinden, wie wahrscheinlich solche Bodenverflüssigungen sind und ob sich Spalten zwischen Windradpfeiler und Baugrund bilden können, werden Stahlmann und seine Kollegen den Turm von Fino 3 mit Druck- und Beschleunigungssensoren sowie Neigungsmessern ausstatten. Die Geräte registrieren die Bewegungen des Turms und die Kräfte, die auf ihn wirken. Im Meeresgrund werden zudem Druckmesser stehen, die den Wasserdruck registrieren. Außerdem sollen regelmäßig Forschungsboote die Plattform umkreisen. Die darauf stationierten Echolote durchdringen den Meeresgrund mit Schallwellen und helfen so, allmähliche Veränderungen aufzuspüren. "Wenn wir tatsächlich Bodenverflüssigungen feststellen, braucht man für die Windräder relativ lange Pfeiler, die man sehr tief in den Boden rammen muss, damit sie festen Halt haben", sagt Stahlmann. "Wenn wir die Verflüssigungen aber ausschließen können, müssen die Pfeiler nicht so lang sein, und man kann billiger bauen."Ein weiterer Forschungsschwerpunkt von Fino 3 sind die Gefahren, die von Blitzen ausgehen. "Die Windräder sollen bis zu 160 Meter hoch sein", sagt der Energietechniker Klaus Scheibe von der Fachhochschule Kiel. "Mit dieser Höhe ziehen die Masten Blitze regelrecht zu sich heran." Wird ein Windrad getroffen, können Schäden an den Rotorblättern und an den Aggregaten im Maschinenhaus auftreten, und das Rad liefert dann keinen Strom mehr. Zusätzlich können die Blitze mit ihren extrem hohen elektromagnetischen Feldern die elektronische Steuerung der Windräder, mit der diese beispielsweise in den Wind gedreht werden, außer Gefecht setzen.Zwar gibt es Gewitter auch an Land, und dort schützen die Windradbetreiber ihre Anlagen mittlerweile durch spezielle Blitzableiter. Aber auf dem Meer droht ein deutlich höheres Risiko: "Auf hoher See gibt es ganz andere Luftströmungen als über Land", sagt Scheibe, "das verändert auch das Verhalten der Blitze." Scheibe zufolge muss man statt von zwei Einschlägen pro Jahr und Quadratkilometer, wie in Norddeutschland üblich, auf See womöglich vom Zehnfachen ausgehen - das wären 20 Blitze pro Jahr. Außerdem stehen an Land auch Kirchtürme, Bäume und Sendemasten, die einen Teil der Blitze auffangen.Um die Einschläge zu registrieren, werden Scheibe und seine Kollegen eine 15 Meter lange Blitzfangstange auf den Fino-3-Mast montieren. Eine Hochgeschwindigkeitskamera soll die Einschläge filmen und feststellen, ob der Blitz nur in die Spitze oder auch in die Seite fährt. Die Messdaten sollen den Windparkeignern helfen, ihre Anlagen mit angemessen Blitzableitern und elektrischen Sicherungen zu schützen. Das ist eine ökonomische Gratwanderung: "Zu viel Schutz wird zu teuer", sagt Scheibe, "bei zu wenig Schutz riskiert man den Verlust der Anlage."------------------------------Der Mast im MeerFino steht für "Forschungs- und Entwicklungsplattformen in Nord- und Ostsee". Fino 3 ist die dritte dieser Messstationen und soll im kommenden Sommer 80 Kilometer westlich von Sylt gebaut werden (siehe linke Karte).Am Standort von Fino 3 ist das Wasser 23 Meter tief, die Plattform wird sich 22 Meter über dem Meer befinden und einen 85 Meter hohen Mast tragen (siehe Grafik). Das Projekt kostet 8 Millionen Euro - die eine Hälfte davon wird für den Bau aufgewendet, die andere für den geplanten zehnjährigen Betrieb.Finanziert wird Fino 3 vom Bundesumweltministerium, dem Land Schleswig-Holstein sowie der EU. Nur einen Kilometer entfernt von Fino 3 soll in einigen Jahren der Windpark DanTysk entstehen. Dort sind zunächst 80 Windräder mit einer Gesamtleistung von 400 Megawatt vorgesehen. (fgr.)------------------------------Grafik: (3) Die Forschungsplattform Fino 3 und ihre beiden Vorgängerinnen Fino 1 in der Nord- und Fino 2 in der Ostsee sollen Erkenntnisse für den Bau von Offshore-Windparks vor den deutschen Küsten bringen. Mithilfe der Fino-Projekte wollen die Forscher herausfinden, wie Windräder sicher und kostengünstig ins Meer gebaut werden können.